(57)【要約】【課題】信号読出しの高速化と読出し出力数を自由に切り替えて画質を改善することができる固体撮像装置およびその駆動制御方法を提供。【解決手段】撮像素子40は、システム制御部で少なくとも操作、設定条件および環境条件のいずれかが供給される操作信号に応じて制御する制御信号86を生成し、供給される制御信号86によりタイミング信号発生器およびドライバでタイミング信号および駆動信号を生成し、供給される垂直駆動信号98および100、ならびに水平駆動信号102〜106に応じて読み出した信号電荷を転送し、転送した信号電荷の出力を制御信号86により出力される制御信号60, 62および64に応じて少なくとも、水平転送路48の出力アンプ52と、水平転送路50（50aおよび50b）の出力アンプ54および56とのいずれかから対応する出力信号74, 76および78を出力する。【選択図】図１
2007124174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を信号電荷に光電変換する受光素子を画素とし、該受光素子が２次元状に配され、該受光素子で蓄積された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送手段に読み出し、読み出した信号電荷を水平方向に転送する水平転送手段に転送し、前記水平転送手段に転送された信号電荷を前記水平転送手段の最終段に配された出力手段に向けて転送し、出力する固体撮像素子を含む固体撮像装置において、該装置は、
前記信号電荷を一方向に転送する第１の水平転送手段と、
前記信号電荷を所定の位置から左右方向に転送する第２の水平転送手段と、
第１の水平転送手段から転送された信号電荷をアナログ信号に変換する第１の出力手段と、
第２の水平転送手段から左方向に転送された信号電荷をアナログ信号に変換する第２の出力手段と、
第２の水平転送手段から右方向に転送された信号電荷をアナログ信号に変換する第３の出力手段とを固体撮像素子に含み、
該装置は、さらに、少なくとも操作、設定条件および環境条件のいずれかが供給される操作信号に応じて制御する制御信号を生成する制御手段と、
該制御信号に応じたタイミング信号を生成するタイミング生成手段と、
供給される制御信号に応じて前記出力手段の駆動を制御し、該制御信号に応じた前記タイミング信号を基に駆動信号を生成する駆動生成手段とを含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記制御手段は、前記垂直転送手段に読み出した信号電荷を第１および第２の水平転送手段のいずれかの方向に転送させる制御信号を生成することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、前記制御手段は、第１の水平転送手段および第１の出力手段を駆動させ、該駆動にともない第２の水平転送手段、ならびに第２および第３の出力手段の駆動を停止させる制御信号を生成する第１の生成と、
第２の水平転送手段、ならびに第２および第３の出力手段を駆動させ、該駆動にともない第１の水平転送手段および第１の出力手段の駆動を停止させる制御信号を生成する第２の生成とを含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載の装置において、前記制御手段は、通常の感度で撮影するモードよりも高い感度で撮影するモードの設定条件に応じて第１の生成による制御信号を生成することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
請求項１、２または３に記載の装置において、該装置には、さらに、前記固体撮像素子の出力手段の近傍に温度を検出する検出手段が配設され、
前記制御手段は、前記検出手段から得られた温度が第１の閾値よりも高い温度に応じて第１の生成による制御信号を生成することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
請求項１、２または３に記載の装置において、該装置には、さらに、前記固体撮像素子の出力手段の近傍に温度を検出する検出手段が配設され、
前記制御手段は、前記検出手段から得られた温度が第２の閾値よりも低い温度に応じて第１の生成による制御信号を生成することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
請求項１、２または３に記載の装置において、該装置には、さらに、前記固体撮像素子の出力手段の近傍に温度を検出する検出手段が配設され、
前記制御手段は、前記検出手段から得られた温度が所定の閾値に対する温度変動に応じて第１の生成による制御信号を生成することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項８】
請求項１、２または３に記載の装置において、前記制御手段は、前記設定条件のうち、少なくとも動画の解像度設定が標準よりも低い設定および前記動画のフレームレート設定が標準よりも低い設定のいずれかを示す前記操作信号に応じて第１の生成による制御信号を生成することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項９】
請求項１、２または３に記載の装置において、前記制御手段は、少なくとも、測光および測距を指示する操作信号の供給に応じて撮像領域の中央近傍に所定の検出領域を設定し、
該検出領域を除く該検出領域に対して第１の水平転送手段側の領域から読み出した信号電荷をすべて掃き出させ、前記検出領域を含む領域から読み出した信号電荷を第２の水平転送手段に向けて転送させ、少なくとも第２および第３の出力手段のいずれかから読み出すことを読み出す制御信号を生成することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の装置において、該装置は、前記固体撮像装置で用いた構成要素がディジタルカメラに配設されたことを特徴とするディジタルカメラ。
【請求項１１】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の装置において、該装置は、前記固体撮像装置で用いた構成要素が携帯電話機に配設されたことを特徴とする携帯電話機。
【請求項１２】
入射光を信号電荷に光電変換する受光素子を画素とし、該受光素子が２次元状に配され、該受光素子で蓄積された信号電荷を読み出し、垂直方向に転送し、転送した信号電荷を出力側に向けて転送し、前記信号電荷をアナログ信号に変換する出力手段を介して出力する固体撮像素子の駆動制御方法において、該方法は、
少なくとも操作、設定条件および環境条件のいずれかが供給される操作信号に応じて制御信号を生成する第１の工程と、
該制御信号に応じた垂直および水平タイミング信号を生成する第２の工程と、
供給される制御信号に応じて前記出力手段を単一駆動または複数駆動に制御し、該制御信号に応じた前記垂直および水平タイミング信号を基に垂直および水平駆動信号を生成する第３の工程とを含み、
第２の工程は、前記出力手段を一つだけの駆動に制御する第１の場合と前記出力手段を複数の駆動に制御する第２の場合とで転送させる垂直方向を互いに逆方向にする垂直タイミング信号を生成し、
第２の場合、水平転送において前記信号電荷を運ぶパケットの形成が所定の位置を境に前記出力手段が配された方向それぞれに転送する水平タイミング信号を生成し、
前記出力手段が複数配される水平転送手段は、所定の位置を境に前記水平駆動信号が供給される配線を異ならせ、前記水平駆動信号の供給により前記出力手段が配された方向それぞれに順に前記信号電荷を運ぶパケットを形成することを特徴とする固体撮素子の駆動制御方法。
【請求項１３】
請求項12に記載の方法において、第１の工程は、前記操作信号に応じて１出力、２出力および３出力用のいずれかの制御信号を生成し、
第２の工程は、前記１出力における垂直転送を一方向とする前記垂直タイミング信号を生成し、前記２出力において前記１出力における垂直転送の方向とを互いに逆方向にする垂直タイミング信号を生成し、
前記３出力では前記１出力および２出力の垂直タイミング信号を生成することを特徴とする固体撮像素子の駆動制御方法。
【請求項１４】
請求項12または13に記載の方法において、第１の工程は、前記操作信号に応じて１出力、２出力および３出力用のいずれかの制御信号を生成し、
前記１出力用の制御信号は、第１の生成とし、これ以外の水平転送および出力すべての駆動を停止させ、
前記２出力用の制御信号は、第２の生成とし、前記１出力における前記水平転送および出力の駆動を停止させ、
前記３出力用の制御信号は、前記水平転送および出力すべてを駆動させることを特徴とする固体撮像素子の駆動制御方法。
【請求項１５】
請求項12、13または14に記載の方法において、第１の工程は、通常の感度で撮影するモードよりも高い感度で撮影するモードの設定条件に応じて第１の生成による制御信号を生成することを特徴とする固体撮像素子の駆動制御方法。
【請求項１６】
請求項12、13または14に記載の方法において、第１の工程は、得られた温度が第１の閾値よりも高い温度に応じて第１の生成による制御信号を生成することを特徴とする固体撮像素子の駆動制御方法。
【請求項１７】
請求項12、13または14に記載の方法において、第１の工程は、得られた温度が第２の閾値より低い温度に応じて第１の生成による制御信号を生成することを特徴とする固体撮像素子の駆動制御方法。
【請求項１８】
請求項12、13または14に記載の方法において、第１の工程は、得られた温度が所定の閾値に対する温度変動に応じて第１の生成による制御信号を生成することを特徴とする固体撮像素子の駆動制御方法。
【請求項１９】
請求項12、13または14に記載の方法において、第１の工程は、前記設定条件のうち、少なくとも動画の解像度設定が標準よりも低い設定および前記動画のフレームレート設定が標準よりも低い設定のいずれかを示す前記操作信号に応じて第１の生成による制御信号を生成することを特徴とする固体撮像素子の駆動制御方法。
【請求項２０】
請求項12、13または14に記載の方法において、第１の工程は、少なくとも、測光および測距を指示する操作信号の供給に応じて撮像領域の中央近傍に所定の検出領域を設定し、
該検出領域を除く該検出領域に対して前記１出力する側の領域から読み出した信号電荷をすべて掃き出させ、前記検出領域を含む領域から読み出した信号電荷を２出力する側に向けて転送させ、前記２出力のうち、少なくとも一つから読み出すことを読み出す制御信号を生成することを特徴とする固体撮像素子の駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置および固体撮像素子の駆動制御方法に関するものである。本発明に係る固体撮像装置は、たとえば撮像素子において複数の出力アンプを有し、制御に応じた撮像素子の駆動に関する。また、本発明に係る固体撮像素子の駆動制御方法は、供給される条件に応じて制御信号を生成し、生成した制御信号に応じて撮像素子を駆動する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
CCD（Charge Coupled Device）型固体撮像素子は、受光素子（Photo Diode）で入射光を受光し、受光した入射光量に応じた信号電荷を発生させる。この固体撮像素子は、受光素子それぞれで蓄積した信号電荷を垂直転送路に読み出し、この信号電荷を垂直転送路および水平転送路に順次バケツリレー方式で転送し、最終的に出力部にて転送された信号電荷を電圧信号に変換し、出力する。
【０００３】
固体撮像素子には、画質向上させる上でより一層の多画素化が望まれてきた。しかしながら、一方で多画素化は画像データの読み出し速度の低下を招く。これは、各転送路における電荷転送速度に限界があるからである。転送速度の高速化を図る上で、駆動周波数を上昇させると、転送劣化や出力部の帯域不足が問題になる。このように電荷転送速度は、大幅な高速化が困難であった。
【０００４】
このような問題を解決し、画像データの読み出し速度を向上させるためいくつかの方法が以下のように提案されている。特許文献１は、駆動周波数を上昇させずに読み出し速度の向上を可能にする固体撮像装置を提案する。固体撮像装置は、撮像領域の受光面を４分割し、４分割に応じてそれぞれ独立した垂直転送路および水平転送路各分割領域の信号電荷を形成する。固体撮像装置は、４分割領域から信号電荷の読出し時間を通常の信号電荷読出しに比べて1/4に短縮して、読み出すことができる。固体撮像装置は、４分割領域から得られた４系統の信号出力間における時間的な位置関係を信号処理系で調整して、ビデオ出力を得ている。
【０００５】
また、特許文献２は、水平転送部をその中間部を境に左右両方向に転送を可能にする場合、２相駆動では転送方向が左右に固定される問題点を解決し、左方向だけまたは右方向だけにも自由に設定可能な固体撮像装置およびその駆動方法を提案する。この固体撮像装置は、各転送電極に対して３相以上の駆動クロックを別々に供給し、水平転送部の転送部分における各転送電極に供給する駆動クロックの相を転送モードに応じて切り替える。
【特許文献１】特開平５−22667号公報
【特許文献２】特開2004−159033号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１は分割した画素領域に転送路を別々に形成し、出力部を設けるが、転送方向が左右に固定され、自由な設定ができない。また、この固体撮像装置は、高温時や高感度設定時において各信号の差が顕著になる。特許文献２は水平転送路の駆動を３相駆動するが、この駆動により転送劣化を発生する可能性が大きい。
【０００７】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、信号読出しの高速化と読出し出力数を自由に切り替えて画質を改善することができる固体撮像装置および固体撮像素子の駆動制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上述の課題を解決するために、入射光を信号電荷に光電変換する受光素子を画素とし、この受光素子が２次元状に配され、この受光素子で蓄積された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送手段に読み出し、読み出した信号電荷を水平方向に転送する水平転送手段に転送し、水平転送手段に転送された信号電荷を水平転送手段の最終段に配された出力手段に向けて転送し、出力する固体撮像素子を含む固体撮像装置において、この装置は、信号電荷を一方向に転送する第１の水平転送手段と、信号電荷を所定の位置から左右方向に転送する第２の水平転送手段と、第１の水平転送手段から転送された信号電荷をアナログ信号に変換する第１の出力手段と、第２の水平転送手段から左方向に転送された信号電荷をアナログ信号に変換する第２の出力手段と、第２の水平転送手段から右方向に転送された信号電荷をアナログ信号に変換する第３の出力手段とを固体撮像素子に含み、この装置は、さらに、少なくとも操作、設定条件および環境条件のいずれかが供給される操作信号に応じて制御する制御信号を生成する制御手段と、この制御信号に応じたタイミング信号を生成するタイミング生成手段と、供給される制御信号に応じて出力手段の駆動を制御し、この制御信号に応じたタイミング信号を基に駆動信号を生成する駆動生成手段とを含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る固体撮像装置は、制御手段で少なくとも操作、設定条件および環境条件のいずれかが供給される操作信号に応じて制御する制御信号を生成し、タイミング生成手段および駆動生成手段が供給される制御信号によりタイミング信号および駆動信号を生成し、供給される駆動信号に応じて読み出した信号電荷を転送し、転送した信号電荷の出力を制御信号に応じて少なくとも、第１の水平転送手段における第１の出力手段と第２の水平転送手段における第２の出力手段および第３の出力手段とのいずれかから信号を出力することにより読出しの高速化および読み出した画像の高画質化を両立させることができる。
【００１０】
また、本発明は上述の課題を解決するために、入射光を信号電荷に光電変換する受光素子を画素とし、この受光素子が２次元状に配され、この受光素子で蓄積された信号電荷を読み出し、垂直方向に転送し、転送した信号電荷を出力側に向けて転送し、信号電荷をアナログ信号に変換する出力手段を介して出力する固体撮像素子を含む固体撮像装置の駆動方法において、この方法は、少なくとも操作、設定条件および環境条件のいずれかが供給される操作信号に応じて制御信号を生成する第１の工程と、この制御信号に応じた垂直および水平タイミング信号を生成する第２の工程と、供給される制御信号に応じて出力手段を単一駆動または複数駆動に制御し、この制御信号に応じた垂直および水平タイミング信号を基に垂直および水平駆動信号を生成する第３の工程とを含み、第２の工程は、出力手段を一つだけの駆動に制御する第１の場合と前記出力手段を複数の駆動に制御する第２の場合とで転送させる垂直方向を互いに逆方向にする垂直タイミング信号を生成し、第２の場合、水平転送において信号電荷を運ぶパケットの形成が所定の位置を境に出力手段が配された方向それぞれに転送する水平タイミング信号を生成し、出力手段が複数配される水平転送手段は、所定の位置を境に水平駆動信号が供給される配線を異ならせ、水平駆動信号の供給により出力手段が配された方向それぞれに順に信号電荷を運ぶパケットを形成することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る固体撮像素子の駆動制御方法は、少なくとも操作、設定条件および環境条件のいずれかが供給される操作信号に応じて制御信号を生成し、この制御信号に応じた垂直および水平タイミング信号を生成し、供給される制御信号に応じて出力手段を単一駆動または複数駆動に制御し、この制御信号に応じた垂直および水平タイミング信号を基に垂直および水平駆動信号を生成する中で、第１の場合と第２の場合で転送させる垂直方向を互いに逆方向にする垂直タイミング信号を生成し、第２の場合、水平転送において信号電荷を運ぶパケットの形成が所定の位置を境に出力手段が配された方向それぞれに転送する水平タイミング信号を生成し、出力手段が複数配される水平転送手段は、所定の位置を境に水平駆動信号が供給される配線を異ならせ、水平駆動信号の供給により出力手段が配された方向それぞれに順に信号電荷を運ぶパケットを形成することにより読出しの高速化および読み出した画像の高画質化を両立させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置の一実施例を詳細に説明する。
【００１３】
本実施例は、本発明の固体撮像装置をディジタルカメラ10に適用した場合である。本発明と直接関係のない部分について図示および説明を省略する。以下の説明で、信号はその現れる接続線の参照番号で指示する。
【００１４】
本実施例のディジタルカメラ10は、図４に示すように、光学系12、撮像部14、前処理部16、入力画像調整部18、対応配列処理部20、信号処理部22、クロック発生器24、タイミング信号発生器26、ドライバ28、システム制御部30、操作部32、メディアI/F回路34、メディア36およびモニタ38を含む。
【００１５】
光学系12は、被写界からの入射光を操作部32の操作に応じた画角の画像にして撮像部14の撮像面に結像させる機能を有する。光学系12は操作部32のズーム操作や半押し操作に応じて画角や焦点距離を調整する。
【００１６】
撮像部14には、入射光の到来方向に受光素子の配設位置に対応させて色フィルタセグメントが配される。撮像部14は、入射光を色フィルタセグメントそれぞれで色分解し、色分解した色成分の入射光を２次元状に配される受光素子に入射させ、この分解された色成分の光を受光素子で信号電荷に変換し、電気信号を出力する機能を有する。本実施例の撮像素子40には、図１に示すように、受光素子が２次元状に配された有効画素領域42が形成される。受光素子それぞれで得られた信号電荷は、図２に示すように、受光素子44から図示しないフィールドシフトゲートを介して垂直転送路46に読み出される。読み出された信号電荷は、垂直転送路46を供給される垂直駆動信号に応じて垂直転送する。垂直転送する方向は、供給される垂直駆動信号の位相に応じて変えることができる。垂直転送する方向については後段でさらに説明する。
【００１７】
なお、図２の受光素子44に対応して記されている“R”,“G”および“B”は,それぞれ色フィルタセグメントを表している。また、図２の受光素子の配列は、正方格子状に配されているが、画素ずらしした配列、いわゆるハニカム配列でも撮像素子は本実施例と同様に動作させることができる。
【００１８】
図１に戻って、撮像素子40は、有効画素領域42の上側と下側とにそれぞれ水平転送路48および50を設けている。また、水平転送路50は、有効画素領域42の中央Cを境に水平転送路50aおよび50bに分割されている。水平転送路48は、１出力または３出力の場合に利用し、水平転送路50aおよび50bは、２出力または３出力の場合に利用する。撮像素子40には、水平転送路48の出力端部に出力アンプ52が配設される。また、撮像素子40には、水平転送路50aおよび50bの出力端部それぞれに出力アンプ54および56が配設される。出力アンプ52, 54および56は、供給される信号電荷をアナログ電圧信号に変換する機能を有する。出力アンプ52, 54および56は、ドライバ28に含まれるアンプ制御回路58から供給される動作イネーブルとしての制御信号60, 62および64に応じて動作する。
【００１９】
出力アンプ52および54には、撮像素子40にオンチップさせた温度センサ66および68が隣接して、配設される。温度センサ66および68は、とくに、出力アンプ52および54または周囲の温度を示すアナログ情報としてアナログ信号70および72を出力する。本実施例では、出力アンプ54の動作と同様に動作させることから、出力アンプ56は動作にともなう温度が出力アンプ54と同じように発熱すると仮定して設けていない。温度センサは、出力アンプ54だけでなく、出力アンプ56にも設けてもよい。
【００２０】
出力アンプ52, 54および56は、１出力、２出力および３出力に応じた制御信号60, 62および64の供給によりアナログ電圧の出力信号74, 76および78を出力する。出力信号74, 76および78が、後述する出力信号（Output Signal）、すなわちOS1, OS2およびOS3である。
【００２１】
ところで、撮像素子40における有効画素領域42からの信号読出しは、１出力の場合、全領域から読み出した信号電荷を水平転送路48に向けて転送する。２出力の信号読出しでは有効画素領域42を破線80で示すように、２つの領域に分けて、水平転送路50に向けて転送する。また、３出力の信号読出しに際して、有効画素領域42は、３つのほぼ等しい面積に分ける。第１の領域42aは有効画素領域42を一点鎖線82で仕切った水平転送路48側の領域である。第２および第３の領域42bおよび42cは、残る一点鎖線82で仕切った水平転送路50側の領域をさらに破線80で分けた領域である。
【００２２】
さらに、有効画素領域42においてたとえば、中央重点測光する場合、測光に用いる領域84は、領域42bの中央近傍に設ける。この測光領域84は、領域42cに設けてもよい。有効画素領域42の分割は、等面積にする方法だけでなく、垂直転送および水平転送における電極数に応じて分けるようにしてもよい。撮像素子40はこの分割に応じて動作させることが好ましい。
【００２３】
撮像素子40は、ドライバ28から供給される各種の駆動信号によって動作させられる。ドライバ28は、システム制御部30から供給される制御信号86や図示しないタイミング信号発生器26からのタイミング信号に応じて各種の駆動信号を生成する機能を有する。ドライバ28は、この機能を実現させるためにアンプ制御回路58、Vドライバ88および90、ならびにHドライバ92、94および96を含む。Vドライバ88および90は、垂直駆動信号98および100をそれぞれ出力する。垂直駆動信号98および100は、制御信号86および垂直タイミング信号に応じて生成される。Vドライバ88および90からそれぞれ４本の垂直駆動信号が、図２に示すように、信号線108〜122を介して垂直転送路46の各電極に供給される。とくに、３出力に対応させる場合、一点鎖線82を境に垂直駆動信号98と100との供給を区別するため配線構造を分離することが好ましい。垂直駆動については後段で各出力を説明する。
【００２４】
Hドライバ92, 94および96は、水平駆動信号102、104および106をそれぞれ出力する。水平駆動信号102、104および106も制御信号86および水平タイミング信号に応じて生成される。
【００２５】
ここで、本実施例の特徴である水平転送路50（50a,50b）に着目する。水平転送路50を図１の破断線1A−1Aに沿った断面図を図３に示す。水平転送路50には、４相の水平駆動信号φH1〜φH4が印加される。本実施例における特徴は次の点にある。すなわち、水平転送路50aは、電極124および126を電気的に接続して一組の電極とし、この組合せの電極配置を繰り返し、中央部C（80）から左端に向かう端部に水平駆動信号φH2およびφH1を印加する。また、中央部C（80）から右側に位置する水平転送路50bは、電極124および126を電気的に独立した配線を接続し、この電極配置を繰り返す。中央部Cから右端に向かう端部には水平駆動信号φH4、φH1、φH3およびφH2を印加する。上述したように、電極124および126を一組とした場合、垂直転送路の列数と同数にある。これは図示しないラインメモリを垂直転送路46と水平転送路50との間に設けたことに依存し、このラインメモリの配設によりラインメモリに接続された列の信号電荷だけを水平転送路50に読み出して一時蓄積することができる。
【００２６】
水平転送路50は、まず、一導電型半導体基板128の表層側に基板と反対導電型のウェル層130を形成する。形成するウェル層130中の基板表面には、ウェル層130と反対導電型の不純物層（転送チャネル）132および134が形成される。不純物層132および134は転送チャネルに相当する。不純物層132および134では、不純物層134が相対的に薄い不純物層を成す。基板128の上には、絶縁層136を介して、電極126と、電極126と基板128それぞれに対し絶縁層136を介して電極124が形成される。この結果、電極126下に不純物層132、電極124下に不純物層134が形成される。ただし、各電極のピッチは異なる。
【００２７】
これに対して、水平転送路48は、図示しないが図３の断面に同じ構造を有し、電極構造を中央C（80）から左側と同じ構造にする。ただし、水平転送路48に印加する水平駆動信号φH5およびφH6（106）は、Hドライバ92および94が出力する水平駆動信号102および104に比べてクロックレートを変調できるようにすることが好ましい。
【００２８】
図４に戻って、撮像部14は、撮像素子40から１ないし３系統のアナログ電気信号74、76および78を前処理部16に出力する。
【００２９】
前処理部16はアナログフロントエンド（AFE）機能を有する。この機能は、相関二重サンプリング（CDS）によりアナログ電気信号74、76および78に対するノイズ除去と、このノイズ除去した１ないし３系統のアナログ電気信号をディジタル化、すなわちA/D変換とを有するものである。前処理部16には、３系統のアナログ電気信号74、76および78が供給されるが、１系統の入力の場合、CDSおよびA/D変換の動作も１系統のアナログ電気信号74に対してだけ動作させるとよい。この場合、前処理部16は画像データ138を入力画像調整部18に出力する。前処理部16は、２系統の入力に対応して前処理し、この処理した２系統の出力信号140および142を入力画像調整部18に出力する。さらに、前処理部16は、３系統の入力に対応して前処理し、この処理した３系統の出力信号138、140および142を入力画像調整部18に出力するとよい。
【００３０】
入力画像調整部18は、各系統の同時に供給される出力データの数、すなわち入力数２以上の場合この数に応じて画像データをそれぞれ取り込む機能を有する。とくに、２または３系統の出力として同時に供給される出力信号142および144、ならびに出力信号138、142および144が有する周波数の、たとえば同一周波数もしくは倍周波数ないし３倍以上の周波数でサンプリングすることが望ましい。入力画像調整部18は、このサンプリング機能に限定されるものでなく、供給される出力信号138、140および142を図示しないメモリそれぞれに格納するようにしてもよい。得られた出力信号144は、バス146および信号線148を介して対応配列処理部20に供給される。
【００３１】
対応配列処理部20は、２ないし３系統の出力として得られた画像データをたとえば走査線に対応した点順次の順に画素データの配列を補正し、一枚の画像に合成する機能を有する。入力画像調整部18および対応配列処理部20は、前処理部16からの出力が１系統のとき、入力する画像を調整したり、配列を変える処理をしたりしなくて済む。対応配列処理部20は、この場合、得られた画像データ144をバス146および信号線150を介して信号処理部22に出力する。
【００３２】
信号処理部22は、供給される画像データを基に同時化し、同時化した画像データを用いY/C信号を生成する機能を有する。また、信号処理部22は、生成したY/C信号をたとえば液晶モニタ用の信号に変換する機能も有する。さらに、信号処理部22は、記録モードに応じて生成したY/C信号に対する圧縮や圧縮された信号を元に伸長し復元再生する機能を有する。記録モードには、JPEG（Joint Photographic Experts Group）、MPEG（Moving Picture Experts Group）およびRAWモード等がある。信号処理部22は、記録モードに処理された画像データを信号線150、バス146および信号線152からメディアI/F回路34に供給する。また、信号処理部22は、液晶モニタ用の信号154をモニタ38に出力する。
【００３３】
クロック発生器24は、基準クロック信号を発生する機能を有する。クロック発生器24は、システム制御部30からの制御信号156に応じてクロックを発生させる。クロック発生器24は、発生したクロック信号158をタイミング信号発生器26に出力する。クロック発生器24は、出力信号74、76および78の出力系統数に応じて前処理部16にサンプリング周波数として用いるクロックを供給する機能を有してもよい。
【００３４】
タイミング信号発生器26は、撮像部14用の垂直および水平同期信号、フィールドシフトゲート信号、垂直および水平タイミング信号、ならびにOFD（Over-Flow Drain）信号等、各種のタイミング信号を生成する機能を有する。この機能は、システム制御部30からの制御信号86に応じて各種のタイミング信号160を生成する。タイミング信号発生器26は、各種のタイミング信号160をドライバ28に出力する。とくに、タイミング信号発生器26は、制御信号86により撮像部14の出力数をいくつにするかの指示を受け、垂直転送路46、ならびに水平転送路48および50の駆動方向に応じた垂直および水平タイミング信号160をドライバ28に供給する。また、タイミング信号発生器26は、撮像部14だけでなく、たとえば前処理部16を含む各部にて用いる各種のサンプリング信号や動作クロックを生成する機能を有してもよい。
【００３５】
ドライバ28は、供給される各種のタイミング信号160を用い、駆動モードに応じた垂直および水平駆動信号を生成する機能を有する。ドライバ28も供給される制御信号86に応じて垂直および水平駆動信号162を生成し、撮像部14に出力する。ドライバ28は、供給される制御信号86に応じてアンプ制御回路58を動作させ、さらに、出力アンプ52、54および56の動作を制御する。これによりドライバ28は出力系統を選択的に動作させて、駆動を停止させることもできる。とくに、１出力系統が選択された場合、出力アンプ54および56は動作を停止させる。また、２出力系統が選択された場合、出力アンプ52は動作を停止させるとよい。
【００３６】
システム制御部30は、後述する操作部32からの操作信号164に応じた各種の制御信号を生成する機能を有する。システム制御部30は、とくに、高感度読出し設定、温度変動対応、AE（Automatic Exposure）・AF（Automatic Focus）対応および解像度/フレームレート設定に応じて制御信号を生成する機能を有する。高感度読出し設定、温度変動対応、および低解像度/低フレームレート設定では、１出力の制御信号を生成させる。また、たとえば動画撮影の高解像度/高フレームレート設定、静止画の高速連写、通常感度での読出し設定では、２出力ないし３出力の制御信号を生成させる。さらに、AE・AF対応では、３出力の制御信号を生成させる。
【００３７】
高感度読出し設定としては、ISO（International Standards Organization）感度に、たとえばあらかじめ設定しておいた閾値より大きい値が設定された場合、１出力読出しの制御信号を生成し、出力する。
【００３８】
温度変動対応としては、撮像素子40の温度が常温よりも大幅な上昇または大幅な低下を示す場合、１出力読出しの制御信号を生成し、出力する。本実施例は、撮像素子40におけるオンチップした温度センサ66および68で温度を検出する。温度センサ66および68は、検出したアナログ信号70および72を出力する。アナログ信号70および72は、たとえば信号処理部22に供給され、A/D変換器を介してディジタル化され、温度情報として提供される。システム制御部30は、信号処理部22で得られた温度情報を信号線150、バス146および信号線164から得る。システム制御部30には、温度閾値があらかじめ設定されている。温度閾値は、たとえば高温側の温度閾値と低温側の温度閾値と２つ設定しておくとよい。システム制御部30は、設定した温度閾値と検出した温度情報とを比較し、温度情報が高温側の温度閾値より高い場合や温度情報が低温側の温度閾値より低い場合にあるか否か温度環境に応じて１出力読出しに制御する制御信号を生成し、出力する。
【００３９】
なお、撮像素子40は、温度閾値の近傍を示す温度情報が得られている場合、温度情報が少し変動した場合でも、得られる画像の画質に影響することがある。このことから、システム制御部30は、単に一つのパラメータとしての温度閾値を基に制御するだけでなく、さらに、この温度閾値に対する温度変動量の閾値を設定し、温度変動量の閾値を越えて温度が変動したか否かを判断する。この判断により所定の温度変動より大きな変動が検出された場合、システム制御部30は、１出力読出しに制御する制御信号を生成し、出力するようにしてもよい。
【００４０】
AE・AF対応では、とくに、AEにおいて有効画面領域の領域84から信号電荷を読み出す場合、信号電荷の垂直転送を水平転送路50aおよび50bに向けて転送させ、転送された信号電荷を水平転送路50aおよび50bから２出力にて転送出力させると、高速読出しが可能になる。これは、AFにおいても有効である。また、解像度/フレームレートがあらかじめ設定した値より低い場合、システム制御部30は、１出力読出しの制御信号を生成し、出力する。
【００４１】
このように、システム制御部30は、生成した制御信号86をタイミング信号発生器26およびドライバ28に出力する。システム制御部30において１出力読出しの場合、制御信号86には他の２出力の動作を停止させる情報も含む。これにより受光面および撮像面を分割することなく、継ぎ目のない画像を容易に得ることができる。また、システム制御部30において２出力読出しの場合、制御信号86には残る１出力読出しを停止させる情報を含む。このように供給される制御信号86が含む情報を的確に利用することにより電力消費を削減することができる。
【００４２】
操作部32は、図示しない電源スイッチ、ズームボタン、メニュー表示切替スイッチ、選択キー、動画モード設定部、連写速度設定部およびレリーズシャッタボタンを含む。操作部32は、ユーザの操作指示としての操作信号166をシステム制御部30に送る機能を有する。電源スイッチは、ディジタルカメラ10の電源投入/退避をもたらすものである。ズームボタンは、被写体を含む被写界の画角を変更し、この変更に応じた被写体の焦点距離を調整するものである。メニュー表示切替スイッチは、液晶モニタに表示されるメニューを切り替えて、選択カーソルを移動させるスイッチで、たとえば十字キー等がある。選択キーは、選択したメニュー項目を選択するキーである。
【００４３】
動画モード設定部は、動画を液晶モニタに表示させるか否かを決定する、たとえばフラグの値で設定する。この設定によりディジタルカメラ10は、モニタ38に取り込んだ被写界像をスルー画表示させる。動画モード設定部には、解像度および表示フレーム数および連写速度を設定する項目がある。解像度の項目は、たとえばHDTV（High-Definition TeleVision）規格/標準であるVGA（Video Graphics Array）規格の解像度を選択する項目である。また、表示フレーム数は、たとえば30/15のいずれかを選択する項目である。
【００４４】
連写速度設定部は、連写速度を複数設けて、連写する際の速度を設定するもので、連写速度に応じて３出力/２出力/１出力に設定することが好ましい。連写速度は、ある画素数の画像に対して連写速度を設定する項目である。連写速度は、連写枚数閾値より少ない連写枚数とこの閾値以上の連写枚数の設定から、前者の設定を１出力とし、後者の設定としてAE/AFの場合、たとえば３または２出力として固体撮像素子を動作させる。
【００４５】
レリーズシャッタボタンは、半押し/全押し操作に応じてディジタルカメラ10の動作タイミングや動作モードを選択する機能を有する。レリーズシャッタボタンは、半押し操作に応じてAEおよびAFの動作をさせる。この動作は動画表示で得られる画像を用いて適正とする絞り、シャッタ速度および合焦距離を求める。また、レリーズシャッタボタンは、全押し操作により記録開始/記録終了のタイミングをシステム制御部30に送り、ディジタルカメラ10の設定モードに応じた動作タイミングを提供する。設定モードには、静止画記録および動画記録等がある。
【００４６】
メディアI/F回路34は、たとえば扱う記録媒体に応じて画像データの記録/再生を制御するインタフェース制御機能を有する。メディアI/F回路34は、画像データ168を半導体記録媒体であるPC（Personal Computer）カードに対する書込み/読出し制御したりUSB（Universal Serial Bus）コントローラの内蔵にともないの書込み/読出し制御したりすることができる。メディア38には、各種の半導体カードの規格がある。
【００４７】
モニタ38には、液晶モニタ等が用いられる。モニタ38は、信号処理部22から供給される画像データ154を表示する。
【００４８】
次にディジタルカメラ10における撮像素子40の動作について説明する。最初に、１出力読出しの垂直駆動信号、水平駆動信号および出力信号のタイミングを図５に示す。露出して入射光の光量に応じた信号電荷を受光素子44に蓄積する。蓄積した信号電荷は時刻T1にて垂直転送路46に読み出される。本実施例において撮像素子40は、垂直駆動信号φV1、φV3、φV5、およびφV7がフィールドシフトゲートに印加され、受光素子44から信号電荷がフィールドシフトされる。撮像素子40は、ドライバ28から供給される垂直同期信号VDの立下がりに同期して水平同期信号HDを動作させ、時刻T2にて読み出した信号電荷の転送を開始する。垂直転送にはVドライバ88および90から供給される８相駆動信号φV1〜φV8が用いられ、水平転送にはHドライバ96から供給される２相駆動信号φH5およびφV6が用いられる。この転送により供給された信号電荷は出力アンプ52から出力信号OS3として出力される。この転送は、5A-5B間を図６に示すように、拡大表示させ、さらに詳述する。
【００４９】
図６に示すように垂直駆動信号φV1〜φV8が図２の電極に順次印加される。信号電荷は垂直駆動信号φV1〜φV8の信号レベル“VM”により形成されるポテンシャル井戸またはパケットの時間経過にともないに移動する。この移動は、図２の電極構造に対応して垂直駆動信号φV1〜φV8の印加をすると、パケットが図２において下から上に移動していくことがわかる。
【００５０】
この移動により信号電荷が水平転送路48に転送される。水平転送路48には水平駆動信号φH5およびφH6が、たとえば電極124および126を一組として印加される。信号電荷は水平駆動信号φH5およびφH6の信号レベル“HH”により形成されるポテンシャル井戸またはパケットの時間経過にともないに移動する。実際に信号電荷はこの移動と電極構造から、出力アンプ52に向かって転送される。
【００５１】
次に２出力読出しの垂直駆動信号、水平駆動信号および出力信号のタイミングを図７に示す。露出して入射光の光量に応じた信号電荷を受光素子44に蓄積する。蓄積した信号電荷は時刻T1にて垂直転送路46に読み出される。本実施例において撮像素子40は、垂直駆動信号φV1、φV3、φV5、およびφV7がフィールドシフトゲートに印加され、受光素子44から信号電荷がフィールドシフトされる。撮像素子40は、ドライバ28から供給される垂直同期信号VDの立下がりに同期して水平同期信号HDを動作させ、時刻T2にて読み出した信号電荷の転送を開始する。垂直転送にはVドライバ88および90から供給される８相駆動信号φV1〜φV8が用いられる。ただし、垂直転送は、１出力読出しの方向と逆方向に転送する。また、水平転送にはHドライバ92および94から供給される２相駆動信号φH1、φH2、φH3およびφH4が用いられる。この転送により供給された信号電荷は図３に示すように中心Cを境に出力アンプ54および56の左右に分かれて転送され、この結果出力信号OS1およびOS2として出力される。この転送は、7A-7B間を図８に示すように、拡大表示させ、さらに詳述する。
【００５２】
図８に示すように垂直駆動信号φV8〜φV1が図２の電極に順次印加される。信号電荷は垂直駆動信号φV1〜φV8の信号レベル“VM”により形成されるポテンシャル井戸またはパケットの時間経過にともないに移動する。この移動方向は、図６に示したパケットの移動方向に対して逆方向になっている。図２の電極構造に対応して垂直駆動信号φV8〜φV1の印加をすると、パケットが図２において上から下に移動していくことがわかる。
【００５３】
この移動により信号電荷が水平転送路50に転送される。水平転送路50には、Hドライバ92および94からそれぞれ、水平駆動信号φH1およびφH2、ならびに水平駆動信号φH3およびφH4が供給される。水平駆動信号φH1およびφH2が、たとえば電極124および126を一組として印加される。この場合、信号電荷は水平駆動信号φH2およびφH1の順に信号レベル“HH”が供給されることにより形成されるポテンシャル井戸またはパケットの時間経過にともないに図３では左側に移動する。また、水平駆動信号φH1、φH2、φH3およびφH4が、たとえば電極124および126を独立してそれぞれ印加される。この場合、信号電荷は水平駆動信号φH1、φH3、φH2およびφH4の順に信号レベル“HH”が供給されることにより２電極ずつ形成されるポテンシャル井戸またはパケットの時間経過にともないに図３では右側に移動する。水平駆動信号φH1およびφH3と、水平駆動信号φH2およびφH4とが同相である。このように実際に信号電荷は、この移動と電極構造から、中心Cを境に出力アンプ54および56に向かってそれぞれ転送される。
【００５４】
最後に３出力読出しの垂直駆動信号、水平駆動信号および出力信号のタイミングを図９に示す。露出して入射光の光量に応じた信号電荷を受光素子44に蓄積する。蓄積した信号電荷は時刻T1にて垂直転送路46に読み出される。本実施例において撮像素子40は、垂直駆動信号φV1、φV3、φV5、およびφV7がフィールドシフトゲートに印加され、受光素子44から信号電荷がフィールドシフトされる。撮像素子40は、ドライバ28から供給される垂直同期信号VDの立下がりに同期して水平同期信号HDを動作させ、時刻T2にて読み出した信号電荷の転送を開始する。垂直転送にはVドライバ88および90からそれぞれ、供給される４相駆動信号φV1〜φV4、ならびにφV5〜φV8が用いられる。
【００５５】
ここで、垂直転送は、１出力読出しの（上）方向およびこの方向と逆（下）方向にそれぞれ境界82として転送する。また、水平転送にはHドライバ92、94および96から供給される２相駆動信号φH1〜φH6が用いられる。この転送により供給された信号電荷は、出力アンプ52に転送され、図３に示すように中心Cを境に出力アンプ54および56の左右に分かれて転送される。この結果出力信号OS1、OS2およびOS3として出力される。この転送は、9A-9B間を図10に示すように、拡大表示させ、さらに詳述する。
【００５６】
図10に示すように垂直駆動信号φV5〜φV8と、垂直駆動信号φV4〜φV1が図２の電極に順次印加される。信号電荷は垂直駆動信号φV1〜φV8の信号レベル“VM”により形成されるポテンシャル井戸またはパケットの時間経過にともないに移動する。４相の垂直駆動信号φV5〜φV8の印加は、パケットを水平転送路48の方向に移動する。また、４相の垂直駆動信号φV4〜φV1の印加は、パケットを水平転送路50の方向または逆方向に移動する。図２の電極構造に対応して垂直駆動信号φV8〜φV1の印加をすると、パケットは図２の有効画素領域42のうち、境界82を境に領域42aにて下から上に移動する。また、領域42bおよび42cではパケットが上から下に移動していくことがわかる。
【００５７】
この移動により各領域に分けた信号電荷がそれぞれ水平転送路48および50に転送される。水平転送路50には、Hドライバ92および94からそれぞれ、水平駆動信号φH1およびφH2、ならびに水平駆動信号φH3およびφH4が供給される。水平駆動信号φH1およびφH2が、たとえば電極124および126を一組として印加される。この場合、信号電荷は水平駆動信号φH2およびφH1の順に信号レベル“HH”が供給されることにより形成されるポテンシャル井戸またはパケットの時間経過にともないに図３では左側に移動し、時刻T3から時刻T4までの期間にわたって水平駆動信号φH1およびφH2の供給を停止する。水平駆動信号φH1およびφH2は、時刻T4以降、供給が再開される。
【００５８】
また、水平駆動信号φH1、φH2、φH3およびφH4が、たとえば電極124および126を独立してそれぞれ印加される。この場合、信号電荷は水平駆動信号φH1、φH3、φH2およびφH4の順に信号レベル“HH”が供給されることにより２電極ずつ形成されるポテンシャル井戸またはパケットの時間経過にともないに図３では右側に移動し、時刻T3から時刻T4までの期間にわたって水平駆動信号φH1、φH2、φH3およびφH4の供給を停止する。水平駆動信号φH1およびφH3と、水平駆動信号φH2およびφH4とが同相である。この場合も水平駆動信号φH1、φH2、φH3およびφH4は、時刻T4以降、供給が再開される。
【００５９】
水平転送路48には、水平駆動信号φH1、φH2、φH3およびφH4が停止されていても、Hドライバ96から水平駆動信号φH5およびφH6が連続供給される。また、垂直駆動信号φV5〜φV8の供給は、水平転送中停止させる。これにより出力信号OS3を2HD周期にわたって出力される。出力信号OS3の信号電荷を転送する水平転送路48は、水平転送路50aおよび50bの段数が倍であり、領域42aの垂直転送路における段数が領域42bおよび42cにおける段数の半分であるからである。これにより出力信号OS3の水平転送期間が長くなる。すなわち、出力信号OS3には信号電荷が転送しきれない現象が発生してしまう。上述した出力信号OS1およびOS2の出力調整（停止）および出力信号OS3の2HD周期にわたる出力によりこの現象は発生を回避することができる。
【００６０】
このように実際に信号電荷は、転送時間を調整することにより出力信号OS1、OS2およびOS3に出力タイミングおよびその出力期間を同じに調整することができる。
【００６１】
なお、本実施例は、出力信号OS1およびOS2の転送停止で調整したが、この調整に限定されるものでなく、出力信号OS3を転送させる駆動周波数を出力信号OS1およびOS2の駆動周波数の倍程度にした周波数に設定してもよい。
【００６２】
また、本発明はディジタルカメラ10への適用に限定されるものでなく、ディジタルカメラ10の構成要素を含む携帯電話機に適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係る固体撮像装置における撮像素子を適用したCCD型の撮像部およびドライバの概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】図１の撮像部における垂直転送路の電極に供給される垂直駆動信号の接続を示す図である。
【図３】図１の撮像部における水平転送路の電極に供給される水平駆動信号の接続を示す図である。
【図４】本発明に係る固体撮像装置を適用したディジタルカメラの概略的な構成を示すブロック図である。
【図５】図４のディジタルカメラにおける１出力読出しで用いる駆動信号および出力信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】図５の１出力読出しで用いる駆動信号および出力信号を拡大したタイミングを示すタイミングチャートである。
【図７】図４のディジタルカメラにおける２出力読出しで用いる駆動信号および出力信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図８】図７の２出力読出しで用いる駆動信号および出力信号を拡大したタイミングを示すタイミングチャートである。
【図９】図４のディジタルカメラにおける３出力読出しで用いる駆動信号および出力信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図１０】図９の３出力読出しで用いる駆動信号および出力信号を拡大したタイミングを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６４】
10  ディジタルカメラ
12  光学系
14  撮像部
28  ドライバ
40  撮像素子
48, 50, 50a, 50b  水平転送路
52, 54, 56  出力アンプ
58  アンプ制御回路
66, 68  温度センサ
88, 90  Vドライバ
92, 94, 96  Hドライバ
【図１】
2007124174.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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